Sensor de humedad y aporte conductivo de suelos.

INTRODUCCION:

Los sensores de humedad en suelo son sumamente tiles para mantener los cultivos en

condiciones ptimas para su crecimiento, de manera que se asegure el mayor rendimiento del

mismo, en especial en zonas donde la irrigacin es proporcionada de manera artificial. Sin

embargo, debido a que estos sensores utilizan la conductividad de la tierra para evaluar la

humedad de la misma, tienden a ser fcilmente alterados por la presencia de sales solubles

en el suelo. Estas generalmente estn en bajas concentraciones y, tratndose de un suelo en

condiciones naturales, sus efectos son apenas perceptibles; sin embargo este no es el caso

para los suelos que ya fueron fertilizados pues presentan una gran cantidad de iones y

minerales.

Es por esto que es necesario separar el efecto de estas sales y as tener una lectura dependiente

de la humedad exclusivamente, para caracterizar este efecto es necesario un sensor de

conductividad para lquidos (que funciona de manera similar al sensor de suelo); si bien el

efecto de inters debe ser medido como voltaje es igualmente til, en trminos ambientales,

conocer la conductividad que el suelo fertilizado ceder en los escurrimientos.

MATERIALES:

Archivos y programas:

NI LabVIEW 2014.

Arduino 1.0.5.

LabVIEW vi package manager.

LabVIEW interface for Arduino.

LIFA base 2012.

Instrumentacin:

YL69 Arduino sensor de humedad

YL38 Arduino amplificador/convertidor.

Protoboard.

Resistencia de 1 k.

Tarjeta Arduino UNO.

Cables jump.

FUNCIONAMIENTO:

Este sistema utiliza sensores de fundamento sencillo, el encargado de medir de humedad en

suelo simplemente aplica una corriente entre un par de electrodos y mide el voltaje resultante,

el cual disminuir conforme aumente la cantidad de humedad en el suelo, dado que no existe

una correspondencia universal capaz de determinar la humedad en base al voltaje, se utiliza

la caracterizacin experimental para establecer una correspondencia entre los valores ledos

y la informacin deseada. El YL69, adems de los elementos descritos anteriormente, cuenta

con el YL38, el cual cumple la funcin de amplificador operacional y convertidor AD. El

sensor en cuestin se muestra en la figura 1.

Figura 1.- YL69 y YL38.

Por su parte el sensor de conductividad en agua es ms sencillo por lo que es posible

fabricarlo, ya que nicamente consta de dos electrodos de rea y separacin conocida como

se muestra a continuacin:

Figura 2.- Sensor de conductividad

Para este sensor es necesario un arreglo con una resistencia de valor conocido para poder

procesar la seal adquirida, pues la conductividad es calculada en base a la resistencia

elctrica de la solucin y la seal generada por el sensor es un voltaje en funcin de dicha

resistencia. Dicho arreglo es mostrado en la siguiente figura:

Figura 3.- Arreglo utilizado para el sensor de conductividad en comunicacin con Arduino UNO. La resistencia de referencia es de 1k, el cable neg conecta la terminal de resistencia de la tarjeta y la roja la

terminal de alimentacin de 5v.

Ambos sensores pueden operar con una DAQ comn o con una tarjeta Arduino. En este caso

se utiliz la tarjeta Arduino UNO para realizar la adquisicin de datos y el programa

LabVIEW para procesar las variables y establecer la interfaz con el usuario, por lo que fue

necesario instalar una paquetera que permitiera la comunicacin entre ambos. Dentro del

LabVIEW se procedi a tratar las seales obtenidas de cada sensor, dicho arreglo se muestra

a continuacin:

Figura 4.- Diagrama de bloques del programa utilizado en LabVIEW. Dentro se sealan las tres secciones que componen el programa: (1) Comunicacin LabVIEW-Arduino, (2) Conductividad y (3) Porcentaje de

humedad.

2

1

3

Dentro de LabVIEW se utilizan en conjunto el LabVIEW interface for Arduino y el LIFA

base 2012 para establecer una comunicacin entre la tarjeta Arduino y el programa.

Mientras que LIFA base establece una conexin desde el programa Arduino (se utiliz la

versin 1.0.5 por facilidad de compatibilidad) con el LabVIEW, LabVIEW interface for

Arduino permite tener acceso a estos datos de forma rpida y sencilla, la seccin que

realiza este enlace est marcada con el nmero 1 en la figura 4.

Una vez establecido el enlace es posible tratar las seales originadas en los sensores. En

el caso del sensor de humedad de suelo no existen frmulas de conversin directa debido

a que cada sensor y suelo a medir puede tener condiciones distintas que alteraran los

valores, por lo que la forma ms fcil de utilizar el sensor es por medio de la

caracterizacin experimental, observando el cambio de voltaje relacionado con una

muestra de tierra de humedad conocida, esta seccin est marcada con el nmero 3 en la

imagen 4. Mientras tanto del sensor de conductividad es posible obtener valores

universales por lo que igualmente existe una frmula que relaciona la resistencia con la

conductividad, sin embargo dado que Arduino solo registra voltajes, es necesario utilizar

una resistencia de referencia, de esta forma para lograr obtener un valor de conductividad

es necesario aplicar la siguiente formula:

C=G*K

Donde C es la conductividad, G es la conductancia o la inversa de la resistencia de la

solucin y finalmente K es el factor de celda:

K=A/d

Donde A es el rea de los electrodos y d la separacin entre los mismos. La resistencia

puede ser obtenida de la siguiente formula, valindose de la resistencia de referencia:

=

Donde Rs es la resistencia de la solucin, Vc es el voltaje suministrado por la alimentacin

de la tarjeta Arduino, Rc la resistencia conocida de 1 k y Vs el voltaje medido con el

sensor, esta conversin es realizada por la seccin marcada con el nmero 2 en la figura

4. Con estas frmulas es posible conocer la conductividad de una solucin en la cual se

agregue una muestra de un volumen especfico del suelo a caracterizar, lo que finalmente

demuestra la cantidad de sales que se encuentran en el suelo y al mismo tiempo es posible

separarla como ruido (en forma de voltaje) de la medida del sensor de humedad. Dichos

resultados son presentados mediante la siguiente interfaz.

Figura 5.- interfaz en Arduino donde se muestran los datos obtenidos